Phần I Mở đầu Ngày vật liệu sử dụng nghành công nghiệp điện tử đợc tập trung nghiên cứu để đáp ứng nhịp độ phát triển nhanh chóng nghành công nghiệp Một hớng tìm kiếm khả thay kim loại truyền thống nh Silic, gecmani, acsenua gali, phosphua gali đắt tiền đòi hỏi công nghệ chế biến khắt khe vật liệu có giá thành rẻ dễ tổng hợp Một loại vật liệu Polyme dẫn điện hữu Các Polyme dẫn điển hình mà đợc tập trung nghiên cứu giới Polyaxetylen, Polyanilin, Polypyrol, Polythiophen, Polyvinyl-ancol, Poly amino naphtalen Vì có tính dẫn mà Polyme dẫn, đợc ứng dụng rộng rãi nhiều nghành điện tử, làm sensor sinh học, cửa sổ quang, bán dẫn, tạo màng chống ăn mòn kim loại, sử dụng làm phụ gia điện cực âm pin ắc qui, sử dụng nghành hoá chất Khi nghiên cứu chế, phơng pháp tổng hợp, khả dẫn điện, ứng dụng vật liệu Polyme dẫn điện, Polyanilin đợc quan tâm khả ứng dụng lớn mà nguyên liệu lại rẻ, dễ tổng hợp phơng pháp điện hoá, khả dẫn điện lý thú Trong khuôn khổ luận văn cao học Chúng bớc đầu nghiên cứu chế, phơng pháp tổng hợp, xác định độ dẫn điện polyanilin môi trờng điện phân khác nhau, nghiên cứu pha số tạp chất nhằm đánh giá khả dẫn điện Trên sở Chúng nghiên cứu trình tạo Polyme dẫn từ anilin -amino naphtalen Luận văn đợc chia thành phần: Phần 1: Mở đầu Phần 2: Ba chơng Chơng : Tổng quan vật liệu polyme dẫn Chơng : Kỹ thuật thực nghiệm phơng pháp nghiên cứu Chơng : Kết nghiên cứu thảo luận Phần 3: Đánh giá chung kết luận Phần 4: Tài liệu tham khảo Phần II Chơng I: tổng quan polyme dẫn I.1 Sơ lợc lịch sử phân loại polyme dẫn Polyanilin đợc nhà khoa học H.Letheby điều chế đợc phơng pháp điện hoá chế từ 150 năm trớc Từ dến màng Polyanilin hoạt động điện hoá đợc đặc biệt ý năm gần khả ứng dụng to lớn vật liệu xúc tác điện hoá, điện tử học phân tử, công nghệ Sensor hoá học sinh học Nhiều nhà khoa học tổng hợp nhiều hợp chất polyme có tính dẫn điện phơng pháp pha tạp (doping) cấy chọn lọc tạp chất vào chất bán dẫn nhằm tăng mạnh độ dẫn làm cho Polyme có tính chất kim loại chúng đợc mang tên Polyme dẫn Polyme dẫn đợc phân làm ba loại : + Các polyme oxy hoá khử (Redox polyme) + Các polyme dẫn điện tử (Electrocally coducting polyme) + Các polyme trao đổi điện tử (Ion exchange polyme) Các polyme dẫn tiêu biểu 03 loại đợc thể qua hình sau: - Quá trình pha tạp(Doping) Các khái niệm sở nh biện pháp kỹ thuật để chế tạo polyme dẫn điện bắt nguồn lĩnh vực bán dẫn Đó chất dẫn elecrton, đa vào số tạp chất hay tạo số sai hỏng mạng lới làm thay đổi tính chất dẫn điện bán dẫn tạo chất bán dẫn loại p loại n tuỳ thuộc vào chất chất pha tạp Các thuật ngữ đợc áp dụng vào hệ polyme dẫn Từ năm 1977 hai nhà khoa học Heeger MacDiarmid bác học ngời Mỹ phát pha tạp iot vào polyaxetylen tạo đợc polyme với tính dẫn điện kim loaị Sự pha tạp nhằm mục đích đa anion vào tăng khả dẫn điện cdaaxnvaatj liệupolyme dẫn Các anion đa vào màng polyme có tác dụng bù điện tích, trì trạng thái oxy hoá màng Quá trình liên quan đến chuyển đổi electron để trở thành điện tích dơng Nhiều nhà khoa học đa cấu trúc pha tạp anion vào polypyrol, polyaninin nh sau: - Phơng pháp tổng hợp phơng pháp điện hoá Polyme dẫn điện dị mạch Polyanilin, poly - amino naphtalen 1.2.1 Tính chất Polyanilin, poly -amino naphtalen polyme dẫn điện, phơng pháp điều chế, chế tổng hợp xảy điều kiện tổng hợp, nên ngời ta tổng hợp nên polyme từ monome : Anilin C 6H5NH2, amino naphtalen C10H9NH2, tạo nên dạng composit hai loại polyme từ hai monome Công thức cấu tạo hai monome nghiên cứu nh sau: Polianilin, -amino naphtalen Anilin Trong trình polime hoá điện hoá, phân tử hoà tan dung dịch điện ly bị oxy hoá bề mặt điện cực dòng điện phân cực, tạo màng polime phủ bề mặt mẫu Để tạo nên phân cực điện thích hợp, cần sử dụng thiết bị potentiostat hay galvanostat cách áp hay dòng tĩnh hay động lên điện cực nghiên cứu Sử dụng bình điện hoá có điện cực: Phân cực điện cực Potentiostat làm việc phía anôt cho xuất CE RE WE dòng phản ứng Máy ghi XY Bình điện phân ba điện cực oxi hoá anilin điện cực Khi ta áp phân cực anôt đủ lớn (phân cực điện dòng điện lên điện cực làm việc) xuất trình oxi hoá anilin Quá trình tạo cation gốc hoạt hoá anilin bề mặt điện cực Các phần tử không tồn độc lập mà nhanh chóng tham gia vào phản ứng polime hoá tạo màng bám dính lên bề mặt điện cực (kim loại nền) Quá trình polyme hoá xảy nh sau: - Khuếch tán hấp thụ anilin lên bề mặt màng PANi tạo thành Anilin bị oxi hoá, chuyển điện tử cho màng PANi, tạo thành gốc hoạt hoá có cặp điện tử d bề mặt màng PANi dẫn điện - Các gốc anilin gốc tự màng PANi kết hợp với làm tăng chiều dày màng polime dẫn bề mặt điện cực - Quá trình ổn định màng polianilin bề mặt điện cực - Quá trình oxi hoá khử điện hoá PANi Dạng đơn giản PANi (polianilin) Leucoemeraldin Leucoemeradin Từ dạng oxi hoá tạo thành dạng khác Vì độ hoạt hoá cao nên PANi bị oxi hoá không khí dung dịch nớc Do bám dính điện cực có độ dẫn điện nh kim loại, màng PANi tạo thành bề mặt điện cực nơi diễn phản ứng điện hoá Dạng điện cực gọi điện cực biến tính (modified electrode) PANi bị oxi hoá phần toàn phần tạo thành dạng Emeradin, pergranilin + Polyanilin bị oxy hoá phần tạo thành dạng Emeradin: + Toàn mạch PANi bị oxi hoá tạo thành dạng pernigranilin: Ba dạng cấu trúc đợc ký hiệu cấu trúc (Leucoemeraldin) cấu trúc (Emeraldin), cấu trúc (pernigranilin) Quá trình khử ngợc lại xảy phần toàn phần Các phản ứng oxi hoá khử nh trình thuận nghịch, dạng dễ dàng chuyển đổi cho Trong dạng cấu trúc trên, PANi không mang điện tích Do tính chất cấu trúc ANi ANa tơng tự cho phép nghĩ đến chế polime hoá ANa tơng tự nh ANi ANa có hai vị trí para hai vòng thơm Về mặt lợng tối u hoá cấu hình, hai vị trí thay cho nên khả polime hoá hai vị trí có xác suất cao Sơ đồ chế polime hoá điện hoá ANa Polyalinin tồn trạng thái cách điện(gồm ba cấu trúc) trạng thái dẫn điện Sự chuyển từ trạng thái cách điện sang trạng thái dẫn điện thông qua sơ đồ dới đây: Dạng NH-NH ứng với leucoemeraldin cách điện Dạng N+=N+ ứng với emeradin proton hoá, bipolaron(hệ gốc cation) Giữa hai trạng thái tồn trạng thái polaron HN- +NH Bipolaron bị oxy hoá thành bipolaron N + =N+ thông qua polaron (gốc cation) thứ hai N= N+ Trong trình oxy hoá, Pani bị oxy hoá vùng gần điện cực trở thành vùng dẫn cục Sau vùng dẫn làm việc nh điện cực để oxy hoá vùng không dẫn Nhờ vùng thành vùng dẫn Cứ vùng dẫn lan truyền đến mặt màng polyme Nh điểm dẫn tập trung điện cực trở nên loãng dần vùng xa điện cực Sự phát triển vùng dẫn phụ thuộc vào tiếp nối điểm dẫn tiếp xúc điểm với điện cực Nh kết luận trình tạo Pani dẫn điện trình chuyển từ cách điện sang dẫn điện nhờ thay đổi trạng thái oxy hoá màng polymer Sự thay đổi trạng thái polyme xảy nhanh, nhờ tính chất trung hoà điện màng polyme đợc bảo toàn Sự thay đổi trạng thái oxy hoá kèm với trình vào ion trái dấu bù điện tích Các polyme hoạt động điện vật dãn tổ hợp Trong chuyển tổng hợp màng polyme dẫn có chuyển trạng thái từ cách điện sang dẫn điện có xâm nhập anion vào mạng polyme Sự tồn hai trạng thái liên kết tơng ứng với hai dạng mang điện : Polaron Biolaron[ ] Polaron Biolaron